代码收藏家 STM32 / GD32第六章：使用软件I2C读取温度传感器LM75AD
关联：STM32总结超全笔记【秋招自用】
【引言】
学习IIC通讯协议之前，我们回忆一下之前学习的第一个通信协议USART串口。
串口通信协议的特点
是串行
的、
异步
的、
半双工
通信。
【问】串口通信有几根线？
两根：TX和RX，一条收，一条发。
【IIC特点】
本章学习的IIC通信协议的特点是串行的、同步的、半双工的。
IIC是同步的，说明它必须有一条时钟线SCL，另外数据线有几条呢？
只有一条SDA数据线，所以决定了他是半双工的，来看一下图示：
如图：设备有主机STM32和若干从机，每个连接到总线的从机都有唯一的地址，任何器件也都可以作为主机，但是同一时刻只能拥有一个主机。
【问】之前在GPIO模式，讲到开漏输出的时候说到IIC特别适合开漏输出，为什么呢？
这是由IIC总线内部结构决定的，总线内部使用漏极开漏输出驱动器，所以SDA和SCL两根线都使用一个上拉电阻（上图），使用的时候就拉低为低电平，但是不能被驱动为高电平，平时为高阻态。
PS：这个上拉值有一个典型值4.7KΩ。
【IIC通信协议】
【问】那么IIC的通信过程是什么样的？？
一般分为四个部分：
- 通信开始
- 地址传送（通过地址选择传送数据目标）
- 数据传送（收发数据）
- 通信结束
我觉得大家可以思考一下，如果只给你两根线，一根时钟线一根数据线，条件是如此的艰难，那么要实现主机对从从机，或者是从机对主机的选择，以及数据的发送，数据的接收，甚至还需要应答机制，不然对方怎么知道数据收没收到？？你会怎么做？？？？
【数据帧格式】
数据帧格式，对应上方的通信过程。
【起始和结束信号】
【应答机制】
【数据有效性】
【总结】
最后详细叙述一下通讯过程：
1.开始：主设备把SDA从高拉低，再把SCL从高拉低，对总线上的从机说：我要开始和你们中的某个人通信了。
2.主设备发送要与之通信的从机的7位地址（一般是7位），第八位是读写位（读1写0）
3.总线上的从设备把主设备发送的地址与自己的地址比较，如果匹配：从设备将SDA拉低一位表示应答（此时从设备获得SDA的控制权，之前SDA都是主设备控制的）。如果不拉低，SDA为高就表示非应答。
4.主设备发送（或接收）数据给从设备。SCL为高，读（写）数据，SCL为低，准备下一位的数据。
5.数据传输完毕，从设备返回一个应答给主设备
6.停止：主设备把SCL从低拉高，再把SDA从低拉高，表示停止通信。
【软件模拟IIC】
了解了通信协议，我们具体怎么使用呢？
这里我们使用软件模拟IIC通信协议，软件模拟I2C不需要额外的硬件支持，只需要使用微控制器的GPIO引脚和软件实现即可。此外灵活性和可移植性非常高。
我们一步步来，这章使用的是GD32F1103，但其实和STM32是完全一样的。
首先我们要控制SDA和SCL的电平，就要封装一个写引脚SDA和SCL 1或0 的函数：
（IIC的引脚都宏定义了，函数基本和STM32一样的）
【起始条件】SDA从高拉低，再把SCL从高拉低
【结束条件】SCL从低拉高，再把SDA从低拉高
【应答】从设备将SDA拉低表示应答
【非应答】从设备将SDA拉高表示非应答
【主机发送一个字节数据给从机】
【主机读从机一个字节数据】
【主机读应答】
这个读SDA也就是把 gpio_input_bit_get 封装了一下：
那么软件模拟IIC已经被我们封装好了，接下来做实验。
【例程11】软件IIC读取温度传感器LM75AD
首先硬件连接： PB6 — SCL PB7 — SDA
实验目的： 温度寄存器的值拿出来转化为浮点型的数值，通过串口发送到主机
【IIC和GPIO初始化】
第一步不用想也是初始化
#define I2C_SOFT_RCU RCU_GPIOB
#define I2C_SOFT_PORT GPIOB
#define I2C_SOFT_SCL_PIN GPIO_PIN_6
#define I2C_SOFT_SDA_PIN GPIO_PIN_7
//初始化函数
void my_i2c_init(void){
//打开IIC时钟
rcu_periph_clock_enable(I2C_SOFT_RCU);
//初始化GPIO
gpio_init(I2C_SOFT_PORT, GPIO_MODE_OUT_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, I2C_SOFT_SCL_PIN|I2C_SOFT_SDA_PIN);
//GPIO引脚置1（高阻态）
gpio_bit_set(I2C_SOFT_PORT, I2C_SOFT_SCL_PIN|I2C_SOFT_SDA_PIN);
}
【读温度寄存器的值（未转换）】
首先封装一个函数，用来向IIC总线上写入器件地址以及要用到的温度寄存器地址
uint8_t lm75a_write_addr(uint8_t id_rw, uint8_t reg_addr){
my_i2c_start();
my_i2c_send_byte(id_rw);
my_i2c_read_ack();
my_i2c_send_byte(reg_addr);
my_i2c_read_ack();
return 0;
}然后就是读温度寄存器的值。
#define LM75A_I2C_ADDR 0x9E //LM75A的从机地址
#define LM75A_TEMP_REG 0x00 //温度寄存器的指针地址
#define IIC_WRITE 0
#define IIC_READ 1
/***
功能：读温度寄存器的值
输入：
uint8_t lm75a_id： lm75a的iic从机地址
uint8_t reg：要操作的寄存器的指针
uint8_t *p：读取结果存放的位置
uint8_t len：寄存器的字节长度（1 or 2）
返回：无
*****/
void lm75a_read_reg(uint8_t lm75a_id, uint8_t reg, uint8_t *p, uint8_t len){
//向iic总线上写入器件地址、指针字节
lm75a_write_addr(lm75a_id|IIC_WRITE, reg);
my_i2c_start();
my_i2c_send_byte(lm75a_id|IIC_READ);
my_i2c_read_ack();
uint8_t i;
for(i = 0; i < len; i++){
*p++ = my_i2c_read_byte();
if(i != (len-1))
my_i2c_ack();
}
my_i2c_nack();
my_i2c_stop();
}详细如下图：
【读温度传感器的温度寄存器的值并转换为温度值】
// 读温度传感器的温度寄存器的值并转换为温度值
float lm75a_get_temp(void){
float temp_result;
//读温度寄存器值
uint8_t byte_data[2];
lm75a_read_reg(LM75A_I2C_ADDR, LM75A_TEMP_REG, byte_data, 2);
//将温度寄存器值转为温度值
uint16_t temp_reg = byte_data[0]<<3 | byte_data[1]>>5;
if((temp_reg & 0x0400) == 0){
temp_result = temp_reg * 0.125;
}else{
temp_reg = (~((temp_reg&0x03ff)-1)) & 0x03ff; //补码到原码转换
temp_result = temp_reg * (-0.125);
}
return temp_result;
}
查阅数据手册，得到温度寄存器和温度值的转换方法：
判断这个寄存器的第十位是0还是1，对应着不同的计算方法：
【主函数】
lm75a_init();
while(1){
temp_result = lm75a_get_temp();
sprintf(temp_string, "temperature is: %.3f C.\n", temp_result);
usart0_send_string((uint8_t *)temp_string);
delay_1ms(1000); //等待1s
}作者：XJHDZ
